Apaixonada por constelações e pelo inexplicável, a colegial Hikaru Hoshina conhece Fuwa, uma pequena criatura alienígena capaz de abrir buracos de minhoca, e se torna Cure Star para protegê-la dos Notraiders, organização que persegue Fuwa por seu poder. Ao lado de novas aliadas, Hikaru procura as Canetas Coloridas Estelares espalhadas e as doze Princesas Estelares necessárias para deter os Notraiders, o que a leva muito além da Terra. A série acompanha seu time visitando novos mundos e ganhando integrantes que não são deste planeta.